JP2008532034A - 静電容量型センサとその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、センサ導体とその背後に大きな保護導体を備える静電容量型センサを提供し、特に、センサ上の水の経路を表わす鉛直の細長片において前記センサ導体を形成する導電性材料の面積を最小にすることで遠方の物体に対する感度を向上する。このため、前記センサ上を流れる雨などによる水滴に対する感度が低減される。
【選択図】図６

Description

本発明は、静電容量型センサ、特に、例えば車両を操縦する際の支援をするため、車両の他の物体への接近を検出するために車両に設置される静電容量型センサに関する。

最近、運転手に物体を警告するために、自動車は、特に車両後部にセンサを搭載するようになってきた。このため、車両が後退するとき、例えば、壁や柱などの物体の近くに車両を停止することを可能にしつつ、目に見えない又は隠れた物体との衝突を避けることができる。一般的な実装において、障害物が検出距離に入って来ると、聴覚的警告が一連のビープ音として鳴らされる。この音は、障害物が接近するにつれて間隔が短くなり、例えば３５ｃｍの離隔になったとき、連続音に達して、運転手に停止するよう合図する。この停止音が鳴らされる検出距離は停止距離である。

静電容量型センサは、保護板とセンサ板を有し、制御部に接続されており、制御部はセンサ板と保護板に交流信号を供給する。車両の近くの物体は、アースに対して静電容量を有する。この静電容量は、直列の２つの静電容量、すなわち、センサ板と物体との間の静電容量と、それに直列の物体とアースとの間の静電容量とで形成される。後者の静電容量は、前記物体及び前記車両が配置された地表と前記物体との間の静電容量と、それに直列の地表と車両の電気的アースとの間の静電容量とで実際には形成されている。しかしながら、後者の静電容量は、他の静電容量と比較して非常に大きいために、地表と車両センサの電気的アースとの直接接続とみなすことができる。前記制御部は、前記センサ板とアースとの間の静電容量を測定する。手動等により後退ギアが入れられたとき（リアマウントシステムの場合）、制御部が自動的に起動してもよい。車両の後部バンパに横設するときの、特に有用なセンサの構成を図１に示す。センサ体１２の前面に、図示されるように、導電性材料でできたセンサ手段、すなわちセンサ板１１がある。センサ板１１は、一様な幅を有する中央部分と２つの端部分、すなわち、その端に隣接した幅のより広い拡幅部を備える。これらの拡幅部は、増加した表面積によって、車両の角においてより高感度を提供する。もし、センサ板が一様な細長片であったなら、センサ板１１の一方の側に配置された物体に対しては、物体はセンサの当該側と容量結合できるだけであるので、感度が角において低下するかもしれないが、センサ板の真正面の物体に対しては、センサ板１１の両側と容量結合するからである。この特徴は、停止距離が車両幅にわたってほぼ一様であることを保証するために特に重要である。英国特許２,３４８,５０５号に、車両の角で感度を高めるために拡大された拡幅部を備えることが記載されている。英国特許２,３７６,０７５号に、不均一のセンサ板の変形配置が記載されている。これにおいて、センサが選択部分で同じ高感度を提供するため、センサの単位長当たりの面積が変えられ、センサが実際に使われる際に有用である設計上の選択肢を提供している。

第１の保護板（図示せず）が、センサ板１１からセンサ体１２の反対側に設けられる。この第１の保護板は、センサ板の背後のいかなる物に対しても装置の感度を低下させるための遮蔽の役割を果たす。第１の保護板とセンサ板は、基層１２によって相互に絶縁されている。

一様な細長片の形で図示されている第２の保護板１３は、センサ板１１と同じ側に配置されている。この第２の保護板も導電性材料から作られていて、この例では、センサ板の上方に図示されている。しかし、これに代えて、適用される車両のデザインに応じて、センサ板１１の下方又は上下に配置してもよい。この第２の保護板は、ＰＣＴ公表番号ＷＯ０２/０８４８７５号に記載されている。

この第２の保護板１３の目的は、水が車両又は車両バンパに落下し転がってセンサ板を通過することに起因する干渉からセンサ板１１を保護することである。第２の保護板１３は、センサ板に印加される信号に対応する又は実質的に対応する信号を有している。この点に関して、第２の保護板に印加される電圧は、センサ板と同じ位相と周波数であり、好ましくは、センサ板への印加の１．２倍のようなより大きな振幅である。

このようなセンサ１０は、通常は車両のバンパの中にあって、センサの前面がセンサ板１１と第２の保護板１３とを備え、車両に対して最も外側に配置される。それに対応して、センサの保護板（図示せず）を有する側は、最も奥、すなわち、車両自身に最も近い側である。

センサ板を雨などの影響から保護することにおいて、図１に示す構成のセンサは十分有効である。水の影響を緩和するためにセンサ板からの信号を処理するときに他の処置をとってもよい。しかしながら、雨の影響を減らすことは重要な設計基準であり、この特徴を改善することはさらに良い全体的性能をもたらす。

近接領域の干渉に対して改善された性能を有するセンサを設計する際に、次の静電容量の公式を念頭におく必要がある。

C=Eo Er A / L （1)

Cは水滴とセンサ板のような、２つの物体間の静電容量である。

Eo は真空の誘電率である。

Er は物質の分極率である（空気はErは１であり、ほとんどの合成樹脂は２から３.５の範囲にある）。

Aは、物体（例えば、センサ板と水滴）の対向する導体面積である。

Lは、物体の離隔である（例えば、水滴とセンサ板の間の距離）。

水滴は、近接領域でセンサ板を横切るとき、センサ板と容量結合する。この水滴は、検出信号に鋭いスパイクをもたらし、これは真の検出信号を損なうものであって望ましくない。このため、水滴とセンサ板の間の静電容量を減らすために、公式（１）を考慮すると、より小さなセンサ板面積にすることが必要であろう。

しかしながら、遠方領域における接近する物体の効果的な検出のためには、物体とセンサの間の大きな静電容量が望ましい。これを達成するために、公式（１）に基づき、大きなセンサ板面積を用いなければならない。しかし、センサ板を大きくすることは、センサ板に近いバンパの表面上を流れる水の影響を増すので、近接領域の干渉を悪化させる。

公式（１）は、理想的な平行板コンデンサに関するもので、近似に過ぎない。この公式は、２つの物体の間隔の２乗（L²）より物体の面積Aがずっと大きいときに、よく当てはまる。換言すれば、センサに近い物体（すなわち「非常に近い」か「近い」領域の物体）との相互作用を考えると、公式（１）は、それら物体とセンサとの間の静電容量を推定するために使うことができる。しかしながら、センサからはるか遠くにある物体（すなわち「非常に遠い」か「遠い」領域の物体）との相互作用を考えると、上記の公式は、AがLの２乗よりはるかに小さいので、それら物体間の静電容量の正確な値を求めることはできない。

したがって、要するに、遠方領域での効果的な検出のために、大きなセンサ板面積が必要であると考えられる。しかしながら、センサ板面積を増加することは、センサ上を流れる水の影響も増加し、望ましくない。逆に、水の影響を最小にするには、センサ板の大きさ、すなわち静電容量を小さくすべきである。それ故、２つの考慮（すなわち、良好な全体的な感度と水滴による最小のスパイク）は、両立しない。

システムの全体的な感度は、増幅段階での抵抗値の選択によって調整することができる。しかし、駐車支援など実際の適用において、遠方領域の検出距離は、車両、したがってセンサを上下させて間違ったトリガーをもたらす平坦でない地面に対する感度によって制限される。この点に関して、システムは、センサとアースの間の静電容量の変化を検出するよう設計されているので、良好な感度を持たせるには、障害物が接近するとき、センサが静電容量の大きな割合変化を生ずる必要がある。全体として、所定の検出距離内で遠方領域の物体に対して良好な感度を有する静電容量型センサを設ける必要があり、このような物体とは、車両の後部に近い物体のような、検出が望まれる物体のことである。これは、検出が望まれない水がセンサの上を通過することに主に起因する近接領域の干渉の影響を最小にすることと関連する。これは、約５０ｍｍから２ｍ離れた遠方領域の物体に対して必要とされる良好な感度を有し、センサの５ｍｍ以内に通常起こる近接領域の干渉に対して低い感度を有し、車両の後部に付けられる駐車支援センサに特に適用できるものである。

本発明は、一態様において、基層と、前記基層の表面上に導電性材料のパターンが形成された細長いセンサ板とを備えた静電容量型センサであって、前記センサ板は、前記センサ板の長手軸に沿って配置された中央部分と前記中央部分の側方に２つの外側部分とを有し、前記センサ板の長手軸に沿って前記基層の幅にわたって隣同士に並べられた複数の略同幅の仮想の細長片が、前記導電性材料の複数の部分とオーバーラップするように、前記導電性材料は配置され、前記各細長片がオーバーラップする前記導電性材料の総面積は、前記センサ板の長手方向の中央部において実質的に一定である静電容量型センサを提供する。

前記細長片は、前記センサ板の長手軸と直交する第１の方向に前記基層の表面に沿って延ばしてもよい。

車両バンパ上で使用されるとき、前記細長片は、好ましくは、センサの上に流れる水の想定経路に関するものである。それゆえ、たとえ前記細長片が平行でなくても、前記細長片において導電性材料の分布が実質的に一定であるようにセンサ板を配置してもよい。換言すれば、車両バンパ長にわたって異なる流れ方向の水を考慮して、前記細長片がセンサを横切る方向は、前記センサの長さ方向に沿って変化してもよい。センサ板の配置は、これら各細長片における材料の一様性を確保する。外側部分は、中央部分と比較して、各細長片において異なる面積の導電性材料を有してもよく、先行システムにおける拡幅部が有する効果を提供し、車両の角の周囲において増加した近接及び中間領域の感度を提供する。車両後部に一様な検出領域が確保され、表面を通過する水滴が一様な影響を有するように、中央部分は、長手方向に各外側部分よりも好ましくは長い。このようにして、それらの影響は、影響の大きさがセンサの長さに沿った位置に依存するよりも容易に除去できる。

小さな縦高さの導電性材料の線を有することによって、近接領域の物体が移動する傾向がある方向と同じ方向（例えば、鉛直）で導電性材料の量を最小にするか、少なくとも減らすことは、（通常は鉛直に流れる）水の影響を最小にするのに役立つ。水滴とセンサ板の間の静電容量は、平行板コンデンサ公式（１）によって計算することができる。したがって、水滴が一般に重力によって鉛直に進むとき、水滴が上を通過する導電性材料の量を減らすことによって、公式（１）におけるAの値が小さくなる。これは、結合容量が、センサ板と水滴の間にあって、減少し、センサに対する水滴の影響が減少することを意味する。

センサ手段の有効面積の減少は、遠方領域の感度の若干の減少をもたらすかもしれない。しかしながら、この減少は近接領域の感度に対する影響に比例せずに小さく、補償ができる。したがって、本発明のこの態様は、遠方領域の検出距離をあまり低下させずに近接領域の感度を最小にすることを可能にする。

遠方領域で、静電容量すなわち感度を決定することにおいて、導電性材料によって画される外周は、それに含まれる導電性材料の実際の面積よりも重要である。したがって、センサ板を形成している導電性材料の部分によって画される外周によって囲まれた面積が適切に大きい面積を包囲する限り、それの中に導電性材料がある面積の割合は、センサの感度に対する影響をほとんど有しない。好ましくは、センサ手段を形成する周囲の中の導電性材料は、その領域長にわたって通常のパターンで分布する。さらに、センサ手段の「適切に大きい面積」とは、その中の導電性材料の使用は減少しているが、通常は、既存のセンサと同じ周囲の面積であると考えられる。

「水平」と「鉛直」の用語は、使用において、車両後部上に配置された細長いセンサに関することを意図しているので、水平方向はバンパの長さに沿った方向に対応し、鉛直は重力方向すなわち地面に対して垂直に対応すると理解されるべきである。

近接領域の干渉は、通常は、センサ又はセンサが背面に配置された絶縁表面の上を流れるか形成される水の細流又は水滴によるものである。その水は、天候又は局所的な状態に起因する、降水、結露、融水などによるものであるかもしれない。

別の態様によれば、本発明は、上記のような静電容量型センサを備え、雨が存在する中でセンサに接近した物体の存在を検出する方法を提供する。

本発明の別の態様は、バンパ上を流れる水に対する感度を緩和するために、静電容量型センサの車両バンパへの使用であって、前記バンパは、外側の外被と前記外被の内面に設けられた前記静電容量型センサとを備え、前記静電容量型センサは、基層と、前記基層の表面に導電性材料のパターンが形成された細長いセンサ板とを備え、前記基層の表面に沿って前記基層の長手軸に直交する第１の方向に延びる仮想の細長片が、導電性材料の無い一つ以上の領域で分けられた前記導電性材料の複数の部分とオーバーラップするように前記センサ板は配置される。

本発明の別の態様は、静電容量型センサであって、基層と、前記基層の表面に導電性材料のパターンが形成された細長いセンサ板を備え、前記センサ板は、前記センサの長手軸に沿って配置された間隔をおいて平行する複数の細長片を含むものである。

本発明の別の態様は、静電容量型センサであって、基層と、前記基層の表面に導電性材料のパターンが形成された細長いセンサ板とを備え、前記センサ板は、前記センサの長手軸に沿って延びる基層の細長い領域の外周を囲むように設けられた導電性材料の細長片を含むものである。

本発明のさらに別の態様は、静電容量型センサであって、基層と、前記基層の表面に導電性材料のパターンが形成された細長いセンサ板を備え、前記センサ板は、相互接続されたＶ字型に形成され、前記センサの長手軸に沿って配置された細長片を含むものである。

本発明の特定の実施形態を図面を参照して説明する。

本発明の態様を裏付ける理論を説明するため、図２は、自動車が後部の合成樹脂のバンパの背後に容量型駐車支援センサ１を搭載し、障害物３に向かって後退するときに作用する静電容量を示す。保護板２がセンサと車体の間に配置されている。

障害物が存在しないとき、センサと大地の間の静電容量は、次のように、並列の多くの静電容量で構成されている。

Caは、センサと保護板の車体上方との間の静電容量であり、Cbは、センサと保護板の車体下方との間の静電容量であり、Ccは、センサと大地の間の静電容量である。車体は、静電容量Czによって大地と容量結合し、センサとアースの間の静電容量は、実際はCzと直列のCcである。CzはCcと比較して非常に大きいので、一般的に無視することができる。したがって、車体と大地が直接接続されているとみなすことは合理的であり、本明細書中では、アースとは車体アースと大地アースの両方のことを言う。

また、センサの端を超えるセンサと車体の間の静電容量Cd（図示せず）と、保護板を貫通するセンサと車体間の小さな静電容量がある。後者の静電容量は、保護増幅器の非線形性のために保護信号が完全にはセンサの信号に追従しないことに起因する。

センサと車体の間の全体的な静電容量Coは、したがって、並列のこれら全ての静電容量の合計である。

Co=Ca + Cb + Cc + Cd （2）

これら全ての静電容量は、センサ板の面積に依存する。そのため、もしセンサ板の面積が増加すると、これら全ての静電容量が増加する。

車両が障害物３に接近する時、車両は、Czと直列のもう一つの静電容量Cpを検出する。既に説明したように、一般的にCzは無視できる。センサの出力は、概ね静電容量の増加に比例して変化する。

V = K * (Cp + Co) / Co (3)

この式で、Vは、出力電圧である（感度と呼ばれる）。

Kは、比例定数である。

Cp は、障害物に接近することによって導入される追加の静電容量である。

Coは、数式（２）のようなセンサとアースの間の背景の静電容量である。

静電容量Cpは、センサの面積とともに増加する。もし、種々の要素の静電容量(Ca, Cb, Cc, Cd, Cp)がセンサ板の面積に比例して増加するなら、電圧Ｖの変化はセンサ板の実際の面積から独立したものとなる。

この理論は、試験がされ、図１２には、同じ保護板に搭載された異なる導体面積を有するいくつかの異なるセンサの遠方領域の感度の比較結果が示されている。その試験は、３つのセンサ配置について実施された。第１の配置は、バンパの幅にわたって延びる一本の細長片すなわちワイヤである。第２の配置は、図６に示したのと同様の５つの狭い細長片を有するセンサである。最終のセンサ配置は、幅広の細長片がバンパの幅にわたって延びる従来技術の配置に似た配置である。このセンサは、第２の配置と同等の外周を有していたが、当該範囲においてずっと大きな導体を有していた。図１２は、出力変化（感度）が導体の面積とともに増加するものの、あまり増加しないことを表わしている。

次に、近接領域の影響を考慮し、水滴４がバンパ５を流れ落ちるのを図３に示す。図３は、センサ１と保護板２を有し、金属の車体３の上に取り付けられたバンパ５の断面である。水滴４の上部は、保護板２の上方で車体３と容量結合する（Cx）。もし水滴が十分に長ければ（図示せず）、保護板の下方で車体との結合もありうる。保護板に関するこの結合は、ＰＣＴ公表番号ＷＯ０２/０８４８７５号にさらに記載されている。

水滴４は、センサ１を通過するとき、センサ１と静電容量Cyで容量結合する。このように、水滴４がセンサ１を通過するとき、車体（アース）に対する静電容量は、Cyとそれに直列のCxだけ増加する。

水滴は、バンパの外被を流れ落ちる短い長さの導体と考えることができる。純粋な水は、良導体ではないが、静電容量測定回路の大きなインピーダンスと比較して、水滴中の水の電気抵抗は比較的低く、無視することができる。

もしセンサがバンパの外被のすぐ背後に配置されているなら、水滴はセンサに非常に接近して通過する。自動車バンパの表面は、通常はポリプロピレンから作られていて、厚さ約３ｍｍであって、概ね３の分極率を有している。センサに対して水滴が近いので、水滴とセンサの間の結合Cyは、平行板コンデンサの公式（１）を使って計算することができる。結合容量Cyは、したがって、センサと水滴を表わす長さの水滴との間の対向する面積に依存する。換言すれば、有効面積は、水滴とセンサ板の導体部分の間のオーバーラップの面積である。

したがって、Cyを最小にするために、センサと水滴の間の接近面積を最小にする必要がある。水滴は、通常は鉛直（又は気流によって略鉛直）の経路をとるので、Cyは、上から下にバンパの表面をわたる鉛直の細長片の導体が小さな断面を有するようにセンサを配置することで最小にすることができる。

水滴の検出に対するセンサ板の形状変更の影響が重要であることをこれから詳述する。図１３は、図１２に図示した実施例と同じ３つのセンサの変形例を示す。

遠方領域の物体の感度と近接領域の干渉の考慮を組み合わせて、発明の１つの実施形態は、大きな横長さと小さな縦高さを有するセンサ手段を備える。換言すれば、上記の理論は、センサとアース間の静電容量Coがセンサ板の面積と関係があるので、その絶対的な値は遠方領域の検出のために重大ではないことを示す。遠方領域の物体を考慮するとき、感度は、センサの面積よりも、障害物に対向するセンサの外周の中に含まれる全面積に関係する。

さらに、Cyを最小にするために、センサと水滴との間でオーバーラップする導電性材料の面積を最小にすることが必要であり、これは、雨の干渉が通常流れる方向、通常はセンサ手段の長手方向に直行する（すなわち鉛直）小さな断面を有するようにセンサを配置することで実現できる。理想的には、鉛直以外の方向に流れる水を考慮して、鉛直に対して斜め方向におけるセンサ手段の断面も小さい。これは、車両のバンパを流れ落ちる雨に空気又は風の流れの圧力が加わり、車両後方の気流を乱すときに起きる。この気流は、水を（重力による）自然な鉛直の経路からそらすので、結果の流れは斜めになる。

本発明の第１の実施形態に係る静電容量型センサ２０を図６を参照して説明する。センサ２０は、好ましくは合成樹脂フィルムである基層２１の上に形成される。第１の保護板（図示せず）は、センサ体の後側に形成される。代わりに、製造を簡単にするために、第１の保護板は、センサ手段２４から電気的に分離されるなら、センサ体の前側に形成してもよい。

本実施形態におけるセンサ手段２４は、複数の導電性の細長片から形成される。図６に、５本の導電性の細長片が図示されている。センサ板を形成することを容易にするために、不可欠ではないが、好ましくは導電性の細長片は平行した列で形成される。例えば、１本以上の横列があり、それぞれの横列は、波形か、曲線か、あるいはジグザグである。導電性の細長片は、機械的強度又は電気抵抗を妥協せずに可能な限り狭いことが同様に好ましい。したがって、幅は選択された構成方法に依存する、しかし好ましくは、幅はｌｍｍ以下であるべきである。さらに、複数の横列が用いられ、それらの離隔が少なくとも５ｍｍであることが好ましい。

図６の実施形態で、センサ板は細長片のそれぞれの端に向かって同様に拡幅部を有している。この実施形態では、拡幅部は、センサ細長片のそれぞれの端部に１本以上の短い長さの追加の細長片を設けることで形成される。図６において、センサ板のそれぞれの端部に１本のそのような細長片（２６ａ、２６ｂ）があり、それぞれの長さが好ましい拡幅部の長さに対応する。拡幅部細長片（２６ａ、２６ｂ）は、必ずしもセンサ板の端部に直接隣接して位置する必要はなく、例えば、拡幅部細長片は中心に向かってずらしてもよい。拡幅部は、車両の真後ろにない物体に良好な感度を備え、車両の全幅にわたって均一な感度を備えるために、車両の角で増加した感度を提供する。このような拡幅部を備えることの原理は、当該技術分野でよく知られている。

導電性細長片の複数列は、追加の拡幅部の細長片を含めて、細長片の横列の一端に形成された第１の導電性の相互接続２５ａによって電気的に接続され、第２の導電性の相互接続２５ｂが導電性の細長片の横列の他端に形成される。好ましくは、図６に示されるように、導電性の相互接続は、拡幅部細長片の角の端から上部の導電性の細長片にわたり、導電性の細長片の横列を斜めに横切って配置される。導電性の相互接続は、拡幅部細長片の長さに対応する位置において上部の導電性の細長片と電気的に接続される。水平な平行線を対角線の細長片と接続することによって、水滴が転がるところにおいて、水滴にさらされる面積が最小にされる。もし接続が鉛直なら、水滴は、バンパの表面を流れ降り、強く容量結合し、誤った読みをもたらす。接続に角度を付けることによって、水滴は前記接続の小さい部分を通過するだけである。さらに、この余分の材料は、それが接続する平行した細長片を薄くすることによって、埋め合わせることができる。

前記の線を共通に接続する他の配置もありうる。例えば、それらはセンサの裏側、又はさらに遠方の接続点で接続してもよい。

本実施形態において、第２の保護板２２が基層の前面に形成され、その前面は、図１におけるセンサと同様に、センサ２０が配置される車両に対して最外部である。第２の保護板２２も、センサ板の端部に向かって拡幅部（２３ａ、２３ｂ）を有してもよい。保護板の上のこれらの拡幅部は、水滴によって起こされた出力のスパイクに対して強化された保護を提供する。これは、センサ拡幅部が水滴に対してもたらす増加面積に対応する助けとなる。この点に関して、対角線が同様に導電性の拡幅部の有効面積に寄与し、鉛直落下ではなく、拡幅部をころがり落ちる水滴にとって、拡幅部のより大きい面積がさらに悪いスパイクを作る。拡幅部の近くで第２の保護板を広くすることで、これを打ち消すことができる。

全体的に、前記設計の目的は面積を最小にすることであり、それにより、センサ板とバンパ前面をころがり落ちる水滴との間の静電容量を最小にすることである。例えば、この設計を図１の先行技術の配置と比較して、図６でセンサ板の中央領域を鉛直に落ちる水滴は、水滴幅とセンサの各線の幅の積に対応したセンサの面積と結合するだけである。前記の線の間のスペースとの結合は存在しない。しかしながら、図１の配置では、スペースがなく、センサ板の幅全体にわたって結合がある。そのため、水滴はセンサとはるかに大きな静電容量を形成し、ずっと大きな影響がある。

本発明のこの実施形態において、センサ板２４によって画された外部境界の中の面積と導電性の表面積とは、停止を要するほど物体が近いことをセンサが示す望ましい検出距離を提供するために選択された。

前記のように、静電容量はセンサ板の面積とともに増加するが、ずっと遠い物体に対しては、感度とセンサ面積の関係は非線形である。例えば、長さ１ｍの薄い細長片センサ板と２０ｃｍ離れた物体について、幅１ｍｍと幅２ｍｍの細長片の静電容量の比率は約１.５である。そのため、標準的な静電容量の公式（１）を考えると、平行板コンデンサとしては倍増が予想されるが、細長片の大きさの倍増が１.５倍の増加をもたらすだけである。同様に、半減することが公式（１）から予想されるが、細長片の大きさを半減しても約３分の１の減少をもたらすだけである。

このため、例えば、５ｍｍの離隔の１ｍｍ幅の５本の線からセンサ板を形成することは、２５ｍｍ幅の１つの中実（すなわち５本の別々の細い線と全体幅が同等）より、遠方領域感度のわずかな減少をもたらすだけということになる。図１２に見られるように、図６のセンサは、図１のセンサ約５分の１の面積であるが、遠方領域感度は約９０％であり、雨に対する感度は約３分の１である。

図６に示される導電性のセンサの形状のさらなる利点は、センサ板２４と後部保護板（図示せず）との間の静電容量を減少することである。過大な静電容量は保護板を駆動する増幅器に重い負荷を課すので、静電容量の減少は好ましい。したがって、センサ板と後部保護板の間の最大許容静電容量を超過せず、基層２０の厚さを減らすことが可能である。この実例として、図１のセンサは通常は２５０ミクロン厚のフィルム基層を用いるのに対して、図６のセンサは１２５ミクロン厚のフィルムを用いる。減少した基層厚さのさらなる利点は、重量と費用の節減である。

図８を参照し、本発明の第２の実施形態の変形例に係るセンサ板５０を説明する。該センサ板５０は、基層５２と裏側に第１の保護板（図示せず）を有している。第２の保護板５３も、センサ板５１の上方、センサの前面に配置される。本発明のこの実施形態では、センサ板５１は輪郭の形である。前記輪郭は、完全に相互接続されていて、センサ板の端に向かって形成された２つの拡幅部５４ａ及び５４ｂを有している。

試験において、この輪郭センサは、遠方領域において図１の先行技術センサに似た感度の検出距離を有しており、近接領域においてより良い水性能（すなわち雨などに低い感度）を有することがわかった。

センサのさらなる変形例を図９で説明する。図１０は、図９の実施形態のＡＢ線断面図であるので、両方の図に同様の符合を使用する。本発明のこの実施形態において、主保護板６１が基層６２の上に形成される。保護板６１は、金属箔のような導電性材料で作られており、基層は、好ましくは合成樹脂フィルムである。金属箔の細長片のような第２の保護板６３は、主保護板６１の上に配置されるが、それからは好ましくは別の合成樹脂フィルムである絶縁手段６４で絶縁される。合成樹脂フィルムと第２の保護板の組み合わせは、接着剤６５を用いて主保護板の表面に付けられる。

本発明のこの実施形態において、導電性材料が縦の相互接続されたＶ形の一連の形状として配置される。前記導電性材料は、直径０.２ｍｍの銅線であり、少なくとも部分的に平らになっていてもよい。前記銅線は、エナメル被覆６７を有してもよい。この被覆は、配置された際に、主保護板６１から銅線を絶縁するのに役立つ。エナメル銅線は、接着剤６５を用いて主保護板に固定される。保護フィルム６８は、センサの最上部の上に配置され、好ましくは、ラミネートで取付けられる。図６の実施形態と同じように、このセンサ板は、センサ板を形成するのにより少ない導電性材料しか要しない。センサ手段を形成する導電性材料の少ない使用は、基層の厚さの減少を可能にし、重量と費用を節減する。さらに、センサ手段６６と主保護板６１間の静電容量は、減少したセンサ手段６６面積の点で有利に減少している。

図示された実施形態に従ってセンサ板を形成することから生じる利点を説明するために、若干の比較例を提供する。

先ず、図１と図６のセンサが車両バンパに設置され、水性能試験を受けた。試験において、車両バンパは、約３ｍｍ厚であって、毎秒０．０３ミリリットルの割合で滴定装置から水を滴下した。このように、自然雨が模擬され、水滴がバンパの上に転がり落ちる前に、水が周期的にバンパ上に増加した。

図５と図７は、それぞれ図１と図６の結果のセンサ出力を示す。それぞれの水滴は、センサへの接近のために、センサと結合し、その結合のためにスパイクを起こす。それぞれの試験されたセンサにおいて多くのスパイクを発生させた第２の保護導体は、否定的な評価をされる。

図５と図７を比較することによって、図６おけるセンサは、振幅が減少したスパイクを発生していることは明白である。公式（１）は、近接領域の水の干渉に適用できるので、図１の先行技術と比較して図６のセンサには、水が、より少ない影響を与えていると考えられる。つまり、水がセンサに大変近いので（すなわち離隔３ｍｍ）、近接領域における平行板コンデンサの公式は、水滴とセンサの間の結合に対して成り立つ。

図１３を参照し、別のグラフを説明する。それは、断面積に対する近接領域における図１、図６及び図９のセンサの感度の比較である。このデータを得るために、滴定装置からの水が、センサが取り付けられた自動車バンパの上に滴下された。それぞれの水滴は、センサ出力にさまざまな大きさのスパイクを発生し、グラフは４分間にわたって記録された水滴のスパイクの平均の大きさを示す。図１のセンサは、中実のセンサ手段であり、６０９単位オーダーの、最大の平均のスパイクの大きさを有する。この図１のセンサの平均の導電性の断面積も、４００００の平方ミリメートルのオーダーであって、最大である。これらのグラフにおいて、１０２４単位は、センサ出力に接続されたＡＤ変換器からの５ボルト出力に相当する。同様に、平均のスパイクの大きさは、時間に対するスパイクのＡＤ出力のグラフの面積を用いて計算された。ＡＤ変換器は、２０ミリ秒ごとに出力を測定した。

導電性材料の５本の棒で構成されたセンサ手段を有する図６のセンサは、２１１単位であり、かなり減少した平均のスパイクの大きさを有する。同様に、図６のセンサの平均の導電性の断面積も、約８８５０の平方ミリメートルであり、かなり減少している。

最後に、図９のセンサは、縦のＶ形の配置にワイヤで構成したセンサ手段で、約１４７単位の、最小の平均の水スパイクの大きさを有する。このセンサの平均の断面の導体面積も、１５４０平方ミリメートルのオーダーで、最小である。

したがって、図６のセンサをまず考察すると、図１の先行技術のセンサと比較して、図６のセンサは、平均の断面の導体面積において約７８％小さく、この縮小は、近接領域の水の影響に対する約６５％の性能改善に相当する。

図９のセンサは図１のセンサより約９６％小さく、この縮小は、近接領域の干渉に対する約７６％の性能改善に相当する。したがって、好ましい近接領域の感度は、センサ手段の鉛直の断面における導電性材料の面積に依存している。

次に、図１、６及び９のセンサの遠方領域の性能をグラフで示し、それらを平均の断面の導電性面積に対して比較している図１２を考察する。この遠方領域の感度は、直径２５ｍｍの鉛直に接地された鋼棒を車両に向かって３メートルから動かして、測定された。棒が車両に接近するにつれて、センサ出力電圧に変化があった。その運動がセンサの出力に１ボルトの変化を発生したとき、感度が車両からの棒の距離として測定された。

中実のセンサ手段を有する図１のセンサは、距離が３１０ｍｍオーダーで、最良の遠方領域の感度を有している。図６の５本棒のセンサは、約２７６ｍｍであって、次に良い感度を有していた。図９のワイヤセンサは、約２６２ｍｍの感度を有していた。

したがって、図６のセンサは、先行技術の図１のセンサと比較して、遠方領域の感度が約１１％減少している。しかしながら、近接領域の改善が６５％のオーダーであったことを想起すべきである。

図９のセンサは、遠方領域の感度が１５％減少しており、近接領域において７６％の改善がある。

したがって、遠方領域の感度の減少は、雨などによって発生する近接領域の干渉に対する改善ほどは顕著ではないことは明白である。遠方領域の感度は、センサ面積とともに増加するが、その変化はそれほど大きくなく、非線形である。例えば、センサ面積が３０倍増加してもセンサの感度が約２０％増加するだけである。

図６と図９のセンサの感度のわずかな減少は、電子的増幅を大きくすることで校正できる。

改善した近接領域の感度は、特に図９の実施形態において、車両バンパの下方に鉛直に落ちる水滴と結合する面積を最小にすることの結果であると思われる。これは、図１１に示され、図１１では水滴８１が図９の縦のＶ形のセンサ手段８２の表面を通過している。センサ手段８２の形のために、水滴がセンサと結合する面積８３が減少し、その結果、電圧スパイクの形の、この水滴によって発生する干渉も減少している。この図は、たとえ水の細流８３がセンサ手段８２を鉛直以外に落下しても、細流は、導電性のセンサ８２の小さい部分と結合するだけであることも示す。ジグザグの角度は、予想される雨の角度に対して補償するように調整できる。例えば、もし所定の適用例で、鉛直から顕著に外れた雨流れが予想されるなら、水滴が常に線上を斜めに通過することを保証するためにジグザグを平らにしてもよい。

したがって、全体的として、望ましい遠方領域感度、又は少なくともその望ましい遠方領域感度の許容範囲内の感度を生ずる適切な大きさセンサ手段の面積を選択し、その面積にセンサを構成する導電性材料を配置することで、その導電性材料の配置に基づき、望ましい近接領域の感度も得られる。例えば、導電性材料の断面積が最小となるところで、近接領域の感度も最小であり、センサが近接領域の干渉効果に最も鈍感である。したがって、本発明の実施形態はセンサの遠方領域の性能と近接領域の性能の間のバランスを提供する。

全体的発明概念の中で変形と付加は可能である。本発明の実施形態は、本発明の実例であり、必ずしも全体的発明概念を制限するものではない。

例えば、説明したセンサ導体の形状は、好ましいセンサ導体の形状の実例に過ぎないと解釈されるべきである。他の形状と構成は可能である。例えば、ナンバープレートのような、バンパに取り付けられた金属物体によって生じるセンサ感度への悪影響を解決するために、センサ導体の縦の幅を金属物体の領域においてより小さくすることができる。代わりに、センサ板は、均一な幅の中央部と次第に増加する幅の両端を有してもよい。

本発明のセンサは、後退時に運転手を支援するため、車両の後部に搭載することを主に意図している。しかしながら、センサは前部にも適しており、例えば、ボンネットの下の見え難い低い位置における物体との衝突回避に対しても適している。さらに、車両を前方又は後方に操縦しているとき、もし車両が同時に向きを変えるなら両側が物体に衝突する危険がある。

ここで記述されたセンサは、センサの外カバーが濡れ、そのような条件でセンサが稼働する必要がある適用例に使うことができる。適用例は、開閉時に、車両のドア、ボンネット及び後部開閉板が障害物に当たりそうかを検出するためのセンサを含む。もし、それらがモータによる駆動なら、これは特に重要である。もう１つの適用例のセットは、パネルがスライドして開閉することを監視するための静電容量型センサの利用を含む。これは、自動車の窓又はサンルーフを閉じるとき、人の腕のような障害物を検出するよう設計されたシステムを含む。さらなる適用例は、ほろ型自動車で屋根を閉じる間に障害物を検出するためのセンサシステムである。これらすべてのシステムは、雨の中でも働かなければならない。

さらに、図９のセンサを作ることに関して述べた技術は、発明の他の実施形態のセンサを作るためにも使うことができると理解されるべきである。

本発明の実施形態に係る静電容量型センサは、どんな開閉部分にも搭載してもよく、センサは開閉部分の開閉によって当たる可能性のある物体の存在を検出するために使われる。開閉部分は、車両ドア、後部開閉板あるいはボンネットであってもよい。代わりに、開閉部分は動力スライド窓、動力サンルーフ、又は、例えば、ほろ型自動車の動力開閉ほろであってもよい。

図１は、従来技術におけるセンサと保護板の配置を示す図。 図２は、車両の後部バンパの背後に取り付けられた静電容量型の駐車支援センサに係る静電容量を示す図。 図３は、静電容量型センサを有する車両の後部バンパの断面とそのバンパを流れ落ちる水滴に伴う静電容量を示す図。 図４は、車両が道路に沿ってゆっくり１６０秒間、その後、他の車両のような大きな障害物に向かって後退したときの図１、図６、図８、又は図９のいずれかに示すセンサの典型的な出力であり、障害物が接近するにつれて、センサからの出力電圧は上昇し、障害物が到達する前に、センサ出力に道路に起伏に起因した小さな変動がある。 図５は、図１の従来技術におけるバンパへ水滴が落下する際のセンサ応答出力を示す図。 図６は、本発明の第１の実施形態に係るセンサ配置を示す図。 図７は、本発明の第１の実施形態に係る図６のセンサ配置のセンサ応答出力を示す図。 図８は、本発明の別の実施形態に係るセンサ配置を示す図。 図９は、本発明のさらに別の実施形態に係るセンサ配置を示す図。 図１０は、切断線ＡＢにおける図９のセンサの断面図。 図１１は、水滴と図９のセンサのセンサ板との間に生じる結合を示す図。 図１２は、図１（「中実」）、図６（「５本棒」）及び図９（「ワイヤ」）の各センサのセンサ板の面積を比較するグラフであり、遠方領域距離におけるそれらの相対的感度を示す図。 図１３は、図１、６及び図９のセンサのセンサ板の面積とそれらの雨に対する相対的感度を示す図。

符号の説明

２０ 静電容量型センサ
２１ 基層
２４ センサ板

Claims (20)

1. 基層と、
   前記基層の表面上に導電性材料のパターンが形成された細長いセンサ板とを備えた静電容量型センサであって、
   前記センサ板は、前記センサ板の長手軸に沿って配置された中央部分と前記中央部分の側方に２つの外側部分とを有し、
   前記導電性材料は、前記センサ板の長手軸に沿って前記基層の幅にわたって隣同士に並べられた複数の略同幅の仮想の細長片が、前記導電性材料の複数の部分とオーバーラップするように、配置され、
   前記各細長片がオーバーラップする前記導電性材料の総面積は、前記センサ板の長手方向の中央部において実質的に一定である静電容量型センサ。
2. 前記細長片が前記基層の表面に沿って前記センサ板の長手軸に直交する第１の方向に延びている請求項１に記載の静電容量型センサ。
3. 前記細長片が、前記基層の表面に沿って、使用状態における前記センサの表面を流れる水の所望方向に対応した方向に延びている請求項１に記載の静電容量型センサ。
4. 前記導電性材料が、前記センサ板の長手軸に沿って延びた導電性材料の１本以上の線として形成されている請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の静電容量型センサ。
5. 前記導電性材料の線が、直線かつ互いに平行している請求項４に記載の静電容量型センサ。
6. 前記導電性材料の線が、その長さ方向に沿う斜線もしくは曲線又はその両方である請求項４に記載の静電容量型センサ。
7. 前記導電性材料の線が、相互接続されたＶ形状として形成されている請求項６に記載の静電容量型センサ。
8. 前記各Ｖ形状の先端が、曲線である請求項７に記載の静電容量型センサ。
9. 前記導電性材料が、前記基層に取り付けられたワイヤで形成されている前記の請求項のいずれか一項に記載の静電容量型センサ。
10. 前記導電性材料が、０.２ｍｍから２ｍｍまでの範囲の、好ましくは０.５ｍｍから２ｍｍまでの範囲の幅を有する導電性材料の１本以上の線として形成された前記の請求項のいずれか一項に記載の静電容量型センサ。
11. 前記中央部分が、前記各外側部分よりも長手方向に長い前記の請求項のいずれか一項に記載の静電容量型センサ。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の静電容量型センサを取り付けた車両バンパ。
13. 車両と物体が相互に接近する際の前記車両の近くの前記物体の存在を検出するために前記車両に搭載されるよう構成された接近センサであって、請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の静電容量型センサを備える接近センサ。
14. 雨の存在の中でセンサの近くの物体の存在を検出する方法であって、
    基層と、
    前記基層の表面上に導電性材料のパターンで形成された細長いセンサ板と
    を備えた静電容量型センサを備え、
    前記センサ板は、前記センサ板の長手軸に沿って配置された中央部分と前記中央部分の側方に２つの外側部分とを有し、
    前記導電性材料は、前記基層の表面に沿って前記センサ板の長手軸に直交する第１の方向に延びる仮想の細長片が、前記導電性材料の複数の部分とオーバーラップするように、配置され、
    前記各細長片がオーバーラップする前記導電性材料の総面積は、前記センサ板の中央部分において実質的に一定である方法。
15. バンパ上を流れる水に対する感度を緩和するために、車両バンパへの静電容量型センサの使用であって、
    前記バンパは、外側の外被と前記外被の内面に設けられた前記静電容量型センサとを備え、
    前記静電容量型センサは、
    基層と、
    前記基層の表面に導電性材料のパターンが形成された細長いセンサ板とを備え、
    前記センサ板は、前記基層の表面に沿って前記基層の長手軸に直交する第１の方向に延びる仮想の細長片が、導電性材料の無い一つ以上の領域で分けられた前記導電性材料の複数の部分とオーバーラップするように、配置されている
    静電容量型センサの使用。
16. 基層と、
    前記基層の表面に導電性材料のパターンが形成された細長いセンサ板とを備える静電容量型センサであって、前記センサ板は、前記センサの長手軸に沿って配置された間隔をおいて平行する複数の細長片を含む、静電容量型センサ。
17. 基層と、
    前記基層の表面に導電性材料のパターンが形成された細長いセンサ板とを備える静電容量型センサであって、前記センサ板は、前記センサの長手軸に沿って延びる基層の細長い領域の外周を囲むように設けられた導電性材料の細長片を含む、静電容量型センサ。
18. 基層と、
    前記基層の表面に導電性材料のパターンが形成された細長いセンサ板とを備える静電容量型センサであって、前記センサ板は、相互接続されたＶ字型に形成され、前記センサの長手軸に沿って配置された細長片を含む、静電容量型センサ。
19. 図２乃至図１０を参照して実質的に記載されている方法。
20. 図２乃至図１０を参照して実質的に記載されている装置。

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